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Entwicklung einer praxistauglichen Methodik zur kombinierten Auswertung von Luftschadstoff- und Verkehrsbeobachtungen

Meyer, Holger (2007):
Entwicklung einer praxistauglichen Methodik zur kombinierten Auswertung von Luftschadstoff- und Verkehrsbeobachtungen.
Darmstadt, TU Darmstadt, [Diploma Thesis or Magisterarbeit]

Abstract

Die natürliche Zusammensetzung der Luft wird durch zusätzliche Schadstoffe verändert. Durch steigende Verkehrsmengen nehmen Belastungen an gesundheitsgefährdenden Luftschadstoffen in Städten zu. Im Straßenverkehr spielen die Luftschadstoffe Feinstaub und Stickoxide eine wesentliche Rolle, da diese Schadstoffe für Menschen und die Umwelt sehr schädlich sind und deren Konzentrationen die geforderten Grenzwerte überschreiten. Feinstaub wird unterteilt in unterschiedliche Größenfraktionen. Diese Unterteilung ist abhängig von dem aerodynamischen Durchmesser der jeweiligen Teilchen. Partikel, die einen Durchmesser von bis zu 10 μm aufweisen, werden als PM10 bezeichnet. Bei einem Durchmesser von bis zu 2,5 μm werden die Teilchen als PM2,5 angegeben. Die Feinstaubbelastung in deutschen Städten resultiert aus Hausbrand, Verkehr, Industrie und Heizkraftwerke, wobei der Verkehr die maßgebende Quelle mit einem Anteil von ca. 45 Prozent darstellt. Beim Straßenverkehr wiederum resultieren die Feinstaubemissionen aus Verbrennung, Abrieb und Aufwirbelung. Stickoxide entstehen bei der Verbrennung von Treibstoff in einem Automotor. Auch hier ist der Straßenverkehr die maßgebende Quelle. Beide Luftschadstoffe sind für den Menschen gefährlich, da sie Atemwegs- sowie Herz- und Kreislauferkrankungen hervorrufen können. Um die Bürger zu schützen, wird auf politischer Ebene entgegengewirkt. Durch die 22. BIMSCHV, die aus der RICHTLINIE 1999/30/EG resultiert, werden Städte und Gemeinden verpflichtet, vorgegebene Luftschadstoffgrenzwerte einzuhalten. Diese Luftschadstoffe gilt es zu untersuchen und mittels Modellierung oder Messungen zu erfassen, wobei der Inhalt dieser Arbeit sich auf die Erfassung durch Messungen konzentriert. Mittels verschiedenen Messsystemen und Messverfahren können Luftschadstoffe erfasst werden. Zu den unterschiedlichen Messsystemen zählen das automatische Luftgütemessnetz, stationäre Pegelmessungen und Rastermessungen mit Messfahrzeugen. Feinstaub kann mit dem Verfahren der gravimetrischen oder optischen Messung, Stickoxide mittels dem Chemolumineszenzverfahren gemessen werden. Das Ausbreitungsverhalten dieser beiden Luftschadstoffe ist geprägt von vielen unterschiedlichen statischen und dynamischen Einflussfaktoren. Hierzu gehören: - Vorhandene Vorbelastung, - Verkehrsstärke und –Zusammensetzung - Verkehrssituation - Meteorologische Parameter - Vorhandene Bebauung und Nutzung des Umfelds Anhand dieser Einflussfaktoren können Messungen sehr stark variieren. Beispielsweise erhöhen staubbeladene Straßen, Längssteigungen und ein hoher Schwerverkehrsanteil die gemessenen Luftschadstoffkonzentrationen, während durch Niederschlag, wenig Halte- und Anfahrvorgänge der Fahrzeuge und bei hohen Windgeschwindigkeiten weniger Luftschadstoffkonzentrationen gemessen werden. Diese unterschiedlichen Einflussfaktoren sind mittels verschiedener Möglichkeiten zu erfassen. Statische Parameter werden durch Begehungen und mit Kartenmaterial dokumentiert, meteorologische Parameter sind mittels einer Wetterstation zu erfassen und verkehrsspezifische Daten werden durch Erhebungen oder Videoüberwachung ermittelt. Um die geforderte Aufgabenstellung dieser Arbeit zu erfüllen, werden Zielkriterien festgelegt, nach welchen Aspekten die neue Messmethode erstellt werden soll. Hierbei gilt es eine möglichst hohe Aussagekraft der Ergebnisse bei möglichst wenig Aufwand zu erreichen. Zusätzlich wird dargestellt, welche Fehler bei Messungen gemacht werden können, wodurch die Qualität der Ergebnisse reduziert wird und der Arbeitsaufwand unnötig erhöht werden muss. Typische Fehler die in dieser Beziehung gemacht werden sind beispielsweise: - Nichtberücksichtigung relevanter Einflussgrößen - Einbezug zu vieler, nichtrelevanter Einflussgrößen; dadurch unnötiger Arbeitsaufwand - Fehlverhalten des Eingabepersonals - Technische Fehler des Gerätes (Nichtaufzeichnung der Daten) In diesem Zusammenhang werden drei Projekte vorgestellt, bei denen bereits Luftschadstoffe in Bezug zum Straßenverkehr erfasst und ausgewertet worden sind. Hierbei handelt es sich um zwei kontinuierliche Langzeitmessungen bei Autobahnen und eine Kurzzeitmessung in Berlin, bei der eine videobasierte Betrachtung des Verkehrs stattfindet, während Luftschadstoffmessungen durchgeführt werden. Diese Projekte werden detailliert nach folgenden Kriterien beschrieben: 1. Umgebung und Randbedingungen 2. Messungsvorbereitung und Messungsdurchführung 3. Methode der Datenauswertung und Darstellungsmöglichkeiten der Ergebnisse 4. Bewertung der Methode Bei Punkt eins wird das nähere Umfeld der Messstation erläutert. Es wird beschrieben, wie die Straße beschaffen ist und wie die Umgebung genutzt wird. Beim zweiten Punkt wird darauf eingegangen, welche luftschadstoffbezogenen, meteorologischen und verkehrsspezifische Daten erfasst werden. Hierbei wird beschrieben, welche Messinstrumente verwendet und in welcher Position aufgestellt werden. Bei Punkt drei wird erläutert, wie die Rohdaten der Messung weiter verarbeitet werden. Hierbei werden die unterschiedlichen mathematischen Arbeitsschritte beschrieben, die notwendig sind, die Aussagekraft der Ergebnisse zu optimieren. Anschließend wird erläutert, nach welchen Methoden die fertigen Ergebnisse dargestellt werden. Diesbezüglich werden Grafiken gezeigt, mit denen die Ergebnisse der Luftschadstoffmessung in Abhängigkeit von meteorologischen oder verkehrsspezifischen Daten gezeigt werden.

Item Type: Diploma Thesis or Magisterarbeit
Erschienen: 2007
Creators: Meyer, Holger
Title: Entwicklung einer praxistauglichen Methodik zur kombinierten Auswertung von Luftschadstoff- und Verkehrsbeobachtungen
Language: German
Abstract:

Die natürliche Zusammensetzung der Luft wird durch zusätzliche Schadstoffe verändert. Durch steigende Verkehrsmengen nehmen Belastungen an gesundheitsgefährdenden Luftschadstoffen in Städten zu. Im Straßenverkehr spielen die Luftschadstoffe Feinstaub und Stickoxide eine wesentliche Rolle, da diese Schadstoffe für Menschen und die Umwelt sehr schädlich sind und deren Konzentrationen die geforderten Grenzwerte überschreiten. Feinstaub wird unterteilt in unterschiedliche Größenfraktionen. Diese Unterteilung ist abhängig von dem aerodynamischen Durchmesser der jeweiligen Teilchen. Partikel, die einen Durchmesser von bis zu 10 μm aufweisen, werden als PM10 bezeichnet. Bei einem Durchmesser von bis zu 2,5 μm werden die Teilchen als PM2,5 angegeben. Die Feinstaubbelastung in deutschen Städten resultiert aus Hausbrand, Verkehr, Industrie und Heizkraftwerke, wobei der Verkehr die maßgebende Quelle mit einem Anteil von ca. 45 Prozent darstellt. Beim Straßenverkehr wiederum resultieren die Feinstaubemissionen aus Verbrennung, Abrieb und Aufwirbelung. Stickoxide entstehen bei der Verbrennung von Treibstoff in einem Automotor. Auch hier ist der Straßenverkehr die maßgebende Quelle. Beide Luftschadstoffe sind für den Menschen gefährlich, da sie Atemwegs- sowie Herz- und Kreislauferkrankungen hervorrufen können. Um die Bürger zu schützen, wird auf politischer Ebene entgegengewirkt. Durch die 22. BIMSCHV, die aus der RICHTLINIE 1999/30/EG resultiert, werden Städte und Gemeinden verpflichtet, vorgegebene Luftschadstoffgrenzwerte einzuhalten. Diese Luftschadstoffe gilt es zu untersuchen und mittels Modellierung oder Messungen zu erfassen, wobei der Inhalt dieser Arbeit sich auf die Erfassung durch Messungen konzentriert. Mittels verschiedenen Messsystemen und Messverfahren können Luftschadstoffe erfasst werden. Zu den unterschiedlichen Messsystemen zählen das automatische Luftgütemessnetz, stationäre Pegelmessungen und Rastermessungen mit Messfahrzeugen. Feinstaub kann mit dem Verfahren der gravimetrischen oder optischen Messung, Stickoxide mittels dem Chemolumineszenzverfahren gemessen werden. Das Ausbreitungsverhalten dieser beiden Luftschadstoffe ist geprägt von vielen unterschiedlichen statischen und dynamischen Einflussfaktoren. Hierzu gehören: - Vorhandene Vorbelastung, - Verkehrsstärke und –Zusammensetzung - Verkehrssituation - Meteorologische Parameter - Vorhandene Bebauung und Nutzung des Umfelds Anhand dieser Einflussfaktoren können Messungen sehr stark variieren. Beispielsweise erhöhen staubbeladene Straßen, Längssteigungen und ein hoher Schwerverkehrsanteil die gemessenen Luftschadstoffkonzentrationen, während durch Niederschlag, wenig Halte- und Anfahrvorgänge der Fahrzeuge und bei hohen Windgeschwindigkeiten weniger Luftschadstoffkonzentrationen gemessen werden. Diese unterschiedlichen Einflussfaktoren sind mittels verschiedener Möglichkeiten zu erfassen. Statische Parameter werden durch Begehungen und mit Kartenmaterial dokumentiert, meteorologische Parameter sind mittels einer Wetterstation zu erfassen und verkehrsspezifische Daten werden durch Erhebungen oder Videoüberwachung ermittelt. Um die geforderte Aufgabenstellung dieser Arbeit zu erfüllen, werden Zielkriterien festgelegt, nach welchen Aspekten die neue Messmethode erstellt werden soll. Hierbei gilt es eine möglichst hohe Aussagekraft der Ergebnisse bei möglichst wenig Aufwand zu erreichen. Zusätzlich wird dargestellt, welche Fehler bei Messungen gemacht werden können, wodurch die Qualität der Ergebnisse reduziert wird und der Arbeitsaufwand unnötig erhöht werden muss. Typische Fehler die in dieser Beziehung gemacht werden sind beispielsweise: - Nichtberücksichtigung relevanter Einflussgrößen - Einbezug zu vieler, nichtrelevanter Einflussgrößen; dadurch unnötiger Arbeitsaufwand - Fehlverhalten des Eingabepersonals - Technische Fehler des Gerätes (Nichtaufzeichnung der Daten) In diesem Zusammenhang werden drei Projekte vorgestellt, bei denen bereits Luftschadstoffe in Bezug zum Straßenverkehr erfasst und ausgewertet worden sind. Hierbei handelt es sich um zwei kontinuierliche Langzeitmessungen bei Autobahnen und eine Kurzzeitmessung in Berlin, bei der eine videobasierte Betrachtung des Verkehrs stattfindet, während Luftschadstoffmessungen durchgeführt werden. Diese Projekte werden detailliert nach folgenden Kriterien beschrieben: 1. Umgebung und Randbedingungen 2. Messungsvorbereitung und Messungsdurchführung 3. Methode der Datenauswertung und Darstellungsmöglichkeiten der Ergebnisse 4. Bewertung der Methode Bei Punkt eins wird das nähere Umfeld der Messstation erläutert. Es wird beschrieben, wie die Straße beschaffen ist und wie die Umgebung genutzt wird. Beim zweiten Punkt wird darauf eingegangen, welche luftschadstoffbezogenen, meteorologischen und verkehrsspezifische Daten erfasst werden. Hierbei wird beschrieben, welche Messinstrumente verwendet und in welcher Position aufgestellt werden. Bei Punkt drei wird erläutert, wie die Rohdaten der Messung weiter verarbeitet werden. Hierbei werden die unterschiedlichen mathematischen Arbeitsschritte beschrieben, die notwendig sind, die Aussagekraft der Ergebnisse zu optimieren. Anschließend wird erläutert, nach welchen Methoden die fertigen Ergebnisse dargestellt werden. Diesbezüglich werden Grafiken gezeigt, mit denen die Ergebnisse der Luftschadstoffmessung in Abhängigkeit von meteorologischen oder verkehrsspezifischen Daten gezeigt werden.

Place of Publication: Darmstadt
Divisions: 13 Department of Civil and Environmental Engineering Sciences
13 Department of Civil and Environmental Engineering Sciences > Institutes of Transportation
13 Department of Civil and Environmental Engineering Sciences > Institutes of Transportation > Institute for Transport Planning and Traffic Engineering
Date Deposited: 21 Jan 2018 16:15
Official URL: https://www.verkehr.tu-darmstadt.de/media/verkehr/fgvv/beruf...
Referees: Boltze, Prof.Dr. Manfred and Kohoutek, Dipl.-Ing. Sven
Refereed / Verteidigung / mdl. Prüfung: 2007
Export:
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